Пред.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
Аналогия с вычислительными машинами: клетка как конечный автоматРассмотрение взаимодействия эпигенетических цепей управления, основанное на представлении о процессах генетического контроля как о логических переключающих цепях, на первый взгляд представляется подходом, полностью противоположным использованному выше для анализа поведения клеток. Предположение, что активность генов можно рассматривать в терминах таких бинарных элементов типа «да-нет», высказывалось в нескольких работах (например, Monod, Jacob, 1961; Sugita, 1963; Apter, 1966). Однако систематический анализ свойств больших ансамблей таких единиц был впервые проведен Кауфманом (Kauffman, 1969), получившим ряд очень интересных результатов. Предположения, сделанные Кауфманом при конструировании модели эпигенетического поведения в виде сети функционально взаимодействующих генов, состояли в следующем: 1. Ген или включен, или выключен, и поэтому ему может быть приписано число 1 или 0 соответственно. 2. Каждый ген имеет только два «входа», т. е. управляется только двумя метаболическими сигналами (например, lac-оперон реагирует на репрессор и на цАМФ, как показано на рис. 2.3). Это требование можно сделать менее жестким, т. е. допустить, что число входов мало, практически не повлияв на результат. 3. Входы могут быть положительными и отрицательными (опять по аналогии с lac-опероном, где репрессор обладает ингибирующим, а цАМФ стимулирующим действием), а расположение входов и соединений относительно генов случайно. Поэтому исследуемые сети сконструированы случайным образом и имеют примерно одинаковое количество из всех возможных комбинаций входов и соединений. Используя эти основные положения, можно представить поведение гена с помощью таблицы переходов между состояниями следующим образом. Предположим, мы рассматриваем ген X с входами из генов У и Z. Эти входы, конечно, связаны не прямо с генами, а через их продукты (репрессор является продуктом гена Время квантуется единичными шагами такой логической машины или автомата, поэтому мы можем представить переход между состояниями гена X так, как сделано на рис. 2.9. Пары возможных значений входных сигналов в момент Т приведены в колонках под переменными У и Z, а значения для X, соответствующие этим входным сигналам в момент времени
Для изображения логических функций такого рода вместо графиков используются таблицы.
Рис. 2.9. Булевая функция, использующаяся для описания переключения структурных генов lac-оперона в ответ на входные сигналы, полученные в результате активности гена Очевидно, по-разному размещая нули и единицы в колонке под X, можно получить множество булевых функций двух переменных. Поскольку число возможных мест в колонке равно 4 и для каждого из них существует выбор из двух переменных, полное число булевых функций двух переменных равно
Сеть взаимодействующих генов конструируется путем выбора некоторого числа генов, скажем Может показаться, что такое исследование не имеет никакого явного смысла. Для Было показано, что сети с одним входом на элемент имеют только несколько меньшие времена цикла. Поэтому, когда Кауфман обнаружил, что при числе связей на элемент, равном Здесь нам необходимо снова рассмотреть биологическую систему и попытаться сделать некоторые оценки величины N и времени перехода. N — число генов в клетке, а время перехода — время, необходимое для активации гена и получения заметного метаболического ответа. Мы уже оценили, что время перехода варьирует от нескольких минут до одного часа. Для единичных ответов типа рассматриваемых мы можем принять, что это время равно примерно 10 мин. Оценка числа генов в клетке значительно менее надежна. Для бактерий эта величина равна Возьмем сближение двух подходов к явлению ритмической активности в эпигенетической системе и ожидаемому диапазону значений периода, По-видимому, внутриклеточная динамика процессов управления генами включает колебательную активность, и следствием этого является ритмическое поведение клеток, такое, как клеточный цикл и биологические часы. Интересная особенность подхода Кауфмана состоит в том, что система не нуждается ни в какой специальной конструкции, большинство случайных сетей будут обладать устойчивым циклическим поведением с разумными длительностями цикла. Этот момент очень важен для понимания того, как возникает порядок из неупорядоченности. Это имеет большое эволюционное значение и вводит, таким образом, соображения, касающиеся статистического построения, которые очень интересным образом дополняют статистические динамические подходы, рассмотренные ранее. Подход Кауфмана к эпигенетическим процессам представляется разумным в аспекте универсальности конструкции, но в плане возможностей применения математического анализа он очень слаб. Это в точности противоположно вышерассмотренному статистическому динамическому приближению, где анализ возможен, но только за счет всеобщности характера взаимодействий. Более поздние исследования Гласса и Кауфмана (Glass, Kauffman, 1973) показали, однако, как можно подойти к анализу рассматриваемой модели. Помимо того, Кауфман (Kauffman, 1973) очень интересно развил свои собственные первоначальные идеи. При применении идеи о переключающихся цепях к изменениям эпигенетического состояния, связанного с явлениями детерминации и трансдетерминации у Drosophila (Hadorn, 1966), из рассмотрений вероятностей перехода между состояниями в имагинальных дисках Drosophila был сделан ряд интересных выводов, касающихся пространственных границ в развивающемся эмбрионе насекомого. То, что такие выводы удалось получить из модели эпигенетических управляющих процессов, основанной на простом фундаменте булевой логики, указывает на скрытую мощь этого подхода, а также на творческую фантазию Кауфмана и четкость его работы.
|
1 |
Оглавление
|